fuse deposition modeling

UNIVERSITAS INDONESIA

PENGEMBANGAN DESAIN DAN KONSTRUKSI MESIN

RAPID PROTOTYPING BERBASIS FDM (FUSED DEPOSITION

MODELING)

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

SRIYANTO

0606073612

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

DEPOK

JANUARI 2011

iv

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa, karena

atas rahmat dan bimbingan-Nya proses pengerjaan skripsi ini dapat selesai.

Pengerjaan skripsi yang dilaksanakan pada periode semester akhir masa

perkuliahan ini membahas mengenai “Pengembangan Desain dan Konstruksi

Mesin Rapid Prototyping Berbasis Fused Deposition Modelling(FDM)”, yang

secara umum berisi alur perancangan, pembuatan, dan pengujian mesin tersebut.

Laporan ini disusun sebagai bentuk dokumentasi dan hasil akhir dari

proses pengerjaan skripsi yang telah dilaksanakan tersebut. Laporan ini juga

diajukan sebagai salah satu syarat kelulusan mata kuliah Skripsi dalam program

studi Teknik Mesin Universitas Indonesia.

Dalam melaksanakan proses pengerjaan skripsi dan penyusunan laporan

ini, penulis menyadari bahwa tidak akan dapat menyelesaikan semuanya dengan

baik dan mengatasi segala kesulitan dan hambatan tanpa bantuan dari banyak

pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terimakasih sebesar-besarnya kepada banyak pihak di antaranya:

1. Dr.Ir. Gandjar Kiswanto, M.Eng, selaku pembimbing yang telah

meluangkan waktu, tenaga dan pikirannya untuk mengarahkan dan

memberi bantuan yang sangat baik selama proses pelaksanaan skripsi ini.

2. Ayah dan Ibu serta keluarga yang selalu memberikan dukungan moril dan

materiil selama pelaksanaan penelitian ini.

3. Bpk. Martinus Herlinson yang telah banyak membantu dalam hal

pembuatan alat dan membantu memecahkan masalah yang dihadapi.

4. Tri Suci Lestari yang banyak mendukung dan memberi semangat dalam

pelaksanaan penelitian ini.

v

5. Sahabat satu tim saya Andry Sulaiman, Rendi Kurniawan, Hadi Maryadi,

dan Ahmad Saroni yang telah berjuang bersama dalam menyelesaikan

penelitian ini.

6. Teman-teman di Lab. Manufaktur, Teguh Santoso, Jediel, dan Hendra

yang sering memberikan masukan-masukan yang bermanfaat.

7. Seluruh teman, dosen dan karyawan DTM FTUI yang tidak dapat saya

sebutkan namanya satu persatu.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna dan masih

terdapat banyak kekurangan. Oleh sebab itu penulis mengharapkan saran dan

kritik yang dapat membantu perkembangan pembahasan terkait topik laporan ini

maupun bagi penulis secara pribadi. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi

banyak pihak : penulis, teman-teman, dosen, dan lain-lain, juga bagi

perkembangan keilmuan Teknik Mesin.

Terima kasih.

Jakarta, Desember 2010

Sriyanto

(0606073612)

vii

ABSTRAK

Nama : Sriyanto

Program Studi : Teknik Mesin

Judul : Pengembangan Desain dan Konstruksi Mesin Rapid Prototyping

Berbasis Fused Deposition Modeling (FDM)

Rapid prototyping merupakan salah satu teknologi manufaktur yang digunakan untuk

mempercepat proses pembuatan prototipe. Pembuatan prototipe sangat penting sekali

dalam proses manufaktur karena prototipe merupakan acuan awal dalam penentuan biaya

produksi. Teknologi rapid prototyping terus berkembang seiring semakin ketatnya

persaingan global. Hal inilah yang mendorong dilakukannya penelitian-penelitian untuk

mengembangkan mesin rapid prototyping agar biaya lebih efisien. Penelitian ini

bertujuan untuk mengembangkan desain dan konstruksi mesin RP FDM (Rapid

Prototyping berbasis Fused Deposition Modelling) agar diperoleh mesin RP FDM yang

murah dan berkualitas. Penelitian yang dilakukan meliputi proses perancangan konstruksi

mesin, penentuan sistem gerak, pembuatan sistem ekstruder, dan pembuatan sistem

kontrol. Proses-proses tersebut dilakukan secara bertahap dan berkala. Pada akhirnya,

penelitian ini menghasilkan mesin RP FDM yang mampu menghasilkan suatu produk

namun dengan biaya pembuatan yang relatif murah.

Kata kunci: rapid prototyping, prototipe

viii

ABSTRACT

Name : Sriyanto

Study Program : Mechanical Engineering

Title :Developing of Design and Contruction in Rapid Prototyping

Machine based on Fuse Deposition Modeling (FDM)

Rapid prototyping is one of manufacture technology used to speed up the process of

prototyping. Prototyping is very important in manufacturing process because the

prototyping is an initial benchmark in determining the cost of production. Rapid

prototyping technology continues to grow as the increasingly global competition. This is

what leads to the preliminary studies to develop a rapid prototyping machine for more

efficient cost. This study aims to develop design and construction machinery RP FDM

(Rapid Prototyping Fused Deposistion Modelling-based) in order to obtain RP FDM

machine is cheap and good quality. The research covers the design process of

construction machinery, the determination of the motion system, making extruder

systems, and manufacturing control systems. These processes are done in stages and

periodically. Ultimately, this research produces RP FDM machine capable of producing a

product, but with relatively low manufacturing costs.

Keywords : Rapid prototyping, prototype

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i

PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI .................................................... vi

ABSTRAK ...................................................................................................... vii

ABSTRACT .................................................................................................... viii

DAFTAR ISI ................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii

DAFTAR TABEL DAN GRAFIK ................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1

1.2 Tujuan Penelitian............................................................................... 3

1.3 Perumusan Masalah ........................................................................... 4

1.4 Pembatasan Masalah ......................................................................... 4

1.5 Metodologi Penelitian ....................................................................... 5

1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................ 7

BAB II SISTEM RAPID PROTOTYPING ................................................... 9

2.1 Pengertian Rapid Prototyping ............................................................ 9

2.2 Proses Rapid Prototyping .................................................................. 11

2.3 Jenis-jenis Rapid Prototyping ............................................................ 12

2.3.1 Stereolithography .................................................................. 12

2.3.2 Laminated Object Manufacturing........................................... 13

x

2.3.3 Selective Laser Sintering ........................................................ 13

2.3.4 Fused Deposition Modeling ................................................... 14

2.3.5 Solid Ground Curing.............................................................. 15

2.3.6 3D Ink-Jet Printing ................................................................ 16

2.4 Material Rapid Prototyping ............................................................... 16

BAB III PENGEMBANGAN DESAIN MESIN RP FDM ....................... 18

3.1 Alur Proses Perancangan ................................................................... 18

3.2 Konsep Desain .................................................................................. 19

3.3 Desain Mesin Rapid Prototyping FDM 1 ........................................... 19




3.7 Desain Ekstruder .............................................................................. 26

3.7.1 Desain Ekstruder 1 ................................................................. 26



3.8 Sistem Gerak .................................................................................... 31

3.8.1 Motor Stepper ........................................................................ 29

3.8.2 Ballscrew ............................................................................... 33

3.8.3 Pulley dan Belt ....................................................................... 34

3.8.4 Linear Guideway ................................................................... 35

3.9 Pengembangan Mesin RP FDM ......................................................... 36

3.10 Analisis Pembebanan Statik ............................................................... 39

3.10.1 Teori Prediksi Kegagalan ....................................................... 39

3.10.2 Penentuan Safety Factor ........................................................ 41

xi

3.10.3 Analisis dengan Perangkat lunak ............................................ 44

BAB IV PROSES MANUFAKTUR MESIN RAPID PROTOTYPING ....... 60

4.1 Alur Proses Manufaktur ..................................................................... 60

4.2 Pembuatan Gambar Kerja .................................................................. 61

4.3 Pemilihan Material dan Proses ........................................................... 61

4.4 Mesin dan alat yang digunakan .......................................................... 66

4.5 Proses pengerjaan .............................................................................. 67

BAB V PENGUJIAN DAN ANALISIS KEAKURATAN MESIN ............. 104

5.1 Tujuan Pengujian............................................................................... 104

5.2 Prosedur Penggunaan CMM .............................................................. 104

5.3 Pengukuran pada Komponen Sumbu Y.............................................. 110

5.4 Pengukuran pada Komponen Sumbu Z .............................................. 112

5.5 Pengukuran pada Komponen Sumbu X.............................................. 115

5.6 Pengukuran pada Komponen Batang Atas ......................................... 116

5.3 Pengukuran pada Komponen Batang Atas-bawah .............................. 118

BAB VI ANALISA PENGARUH PANAS TERHADAP KONSTRUKSI

6.1 Pengukuran Suhu Komponen ............................................................ 120

6.2 Perhitungan Besarnya Pemuaian ........................................................ 121

BAB VII PENELITIAN LEBIH LANJUT ................................................... 124

7.1 Kesimpulan ................................................................................ 124

7.2 Saran ................................................................................ 125

DAFTAR REFERENSI ............................................................................... 126

LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 : Proses rapid prototyping ...................................................... 3

Gambar 2.1 : Proses rapid prototyping ...................................................... 10

Gambar 2.2 : Tahap rapid prototyping ...................................................... 11

Gambar 2.3 : Proses stereolithography ...................................................... 12

Gambar 2.4 : Proses Laminated Object Manufacturing.............................. 13

Gambar 2.5 : Proses selective laser sintering ............................................. 14

Gambar 2.6 : Proses fused deposition modelling ........................................ 15

Gambar 2.7 : Proses solid ground curing ................................................... 15

Gambar 2.8 : Proses 3-D Ink Jet Printing .................................................. 16

Gambar 3.1 :Alur Proses Perancangan ...................................................... 18

Gambar 3.2 :Desain mesin rapid prototyping FDM 1 ................................ 20

Gambar 3.3 :Desain mesin rapid prototyping FDM 2 ................................ 22

Gambar 3.4 :Cara kerja mesin RP FDM 2 ................................................. 22

Gambar 3.5 :Desain mesin RP FDM 3 ...................................................... 23

Gambar 3.6 :Desain mesin RP FDM 4...................................................... 24

Gambar 3.7 :Flowchart komponen mesin RP FDM 4 ............................... 25

Gambar 3.8 :Desain ekstruder 1 ............................................................... 26

Gambar 3.9 : Desain ekstruder 2 .............................................................. 28

Gambar 3.10 :Desain ekstruder 3 ............................................................... 30

Gambar 3.11 :Motor stepper 5 fase ............................................................ 31

Gambar 3.12 :Karakteristik motor stepper .................................................. 32

Gambar 3.13 : Ballscrew ............................................................................ 33

xiii

Gambar 3.14 : Pulley dan belt .................................................................... 34

Gambar 3.15 : Pulley driver dan pulley driven ........................................... 34

Gambar 3.16 : Linear guideway ................................................................. 35

Gambar 3.17 : Desain mesin RP FDM pertama .......................................... 36

Gambar 3.18 : Desain mesin RP FDM pengembangan ............................... 36

Gambar 3.19 : Desain meja, casing, dan panel ............................................ 38

Gambar 3.20 : Penentuan jenis material yang dipakai ................................. 44

Gambar 3.21 : Penentuan jenis fixture ........................................................ 45

Gambar 3.22 : Penentuan jenis beban yang diterima .................................... 45

Gambar 3.23 : Penentuan ukuran mesh ........................................................ 46

Gambar 3.24 : FBD meja akrilik ................................................................. 46

Gambar 3.25 : Meja akrilik yang diberi beban ............................................. 47

Gambar 3.26 : Hasil simulasi stress meja .................................................... 49

Gambar 3.27 :Hasil simulasi displacement meja .......................................... 49

Gambar 3.28 : Hasil simulasi strain meja ................................................... 50

Gambar 3.29 : FBD poros ballscrew .......................................................... 51

Gambar 3.30 : Hasil simulasi stress poros ballscrew .................................. 53

Gambar 3.31 : Hasil simulasi displacement poros ballscrew ....................... 54

Gambar 3.32 :Hasil simulasi strain poros ballscrew .................................... 54

Gambar 3.33 : FBD poros vertikal.............................................................. 55

Gambar 3.34 : Hasil simulasi stress poros vertikal ..................................... 57

Gambar 3.35 :Hasil simulasi displacement poros vertikal ............................ 58

Gambar 3.36 : Hasil simulasi strain poros vertikal ..................................... 58

Gambar 4.1 : Alur Proses Manufaktur ....................................................... 60

xiv

Gambar 4.2 : Raw matrial alumunium alloy .............................................. 63

Gambar 4.3 : Raw material acylic ............................................................. 64

Gambar 4.4 : Material teflon ..................................................................... 64

Gambar 4.5 : Material kuningan ................................................................ 65

Gambar 4.6 : Material alloy steel............................................................... 66

Gambar 4.7 : Flowchart komponen base .................................................... 70

Gambar 4.8 :Flowchart komponen x ......................................................... 71

Gambar 4.9 :Flowchart komponen y ......................................................... 72

Gambar 4.10 :Flowchart komponen z .......................................................... 73

Gambar 4.11 : Pembuatan rangka ................................................................ 74

Gambar 4.12 : Pembuatan dudukan aluminium bawah ................................ 75

Gambar 4.13 : Pembuatan batang aluminium .............................................. 77

Gambar 4.14 : Pembuatan dudukan adjust .................................................. 79

Gambar 4.15 : Pembuatan bearing housing 3.2 ........................................... 81

Gambar 4.16 : Pembuatan bearing housing 2 ............................................... 83


Gambar 4.18 : Pembuatan braket samping................................................... 86

Gambar 4.19 : Pembuatan dudukan komponen extruder .............................. 87

Gambar 4.20 : Pembuatan braket extruder ................................................... 89

Gambar 4.21 : Pembuatan braket y ............................................................. 91

Gambar 4.22 : Pembuatan motor base 2 ...................................................... 92


Gambar 4.24 : Pembuatan plat penahan ....................................................... 96

Gambar 4.25 : Pembuatan dudukan meja samping ...................................... 97

xv

Gambar 4.26 : Pembuatan penyangga meja ................................................. 99

Gambar 4.27 : Pembuatan braket limit switch ........................................... 100

Gambar 5.1 : Jenis-jenis probe .................................................................. 104

Gambar 5.2 : Probe dipasang didudukan ................................................... 105

Gambar 5.3 : Dudukan probe dibersihkan ................................................. 105

Gambar 5.4 : Dudukan probe dipasang pada mesin ................................... 105

Gambar 5.5 : Proses penentuan titik referensi ............................................ 106

Gambar 5.6 : Posisi head probe ................................................................. 106

Gambar 5.7 : Buka program ...................................................................... 107

Gambar 5.8 : Pilih menu learn mode ......................................................... 107

Gambar 5.9 : Pilih jenis probe ................................................................... 108

Gambar 5.10 : GUI probe data managemment ............................................. 108

Gambar 5.11 : Metode pengambilan plane .................................................. 109

Gambar 5.12 : Linear guideway 1 dan 2 sumbu y ........................................ 110

Gambar 5.13 : Metode pengukuran pada sumbu y ....................................... 111

Gambar 5.14 : Pengukuran Linear guideway sumbu y ................................. 111

Gambar 5.15 : Hasil pengukuran kesejajaran sumbu y ................................. 112

Gambar 5.16 : Hasil pengukuran angularity ................................................ 112

Gambar 5.17 : Pengukuran sistem gerak z ................................................... 113

Gambar 5.18 : Metode pengukuran sumbu z ............................................... 113

Gambar 5.19 : Grafik hasil pengukuran sistem gerak sumbu z ..................... 114

Gambar 5.20 : Metode pengukuran sumbu x ............................................... 115

Gambar 5.21 : Hasil pengukuran kesejajaran sumbu x ................................. 116

Gambar 5.22 : Hasil pengukuran angularity sumbu x .................................. 116

Gambar 5.23 : Pengukuran batang alumunium 1,2,3,4 ................................. 117

xvi

Gambar 5.24 : Pengukuran batang alumunium atas dan bawah .................... 118

Gambar 6.1 : Termokopel tipe K ............................................................... 120

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 : Material rapid prototyping ......................................................... 17

Tabel 3.1 : Spesifikasi motor stepper ........................................................... 32

Tabel 3.2 : Spesifikasi ballscrew ................................................................. 33

Tabel 3.3 : Spesifikasi linear guideway ....................................................... 35

Tabel 3.4 :Karakteristik A,B,C pada safety factor ........................................ 42

Tabel 3.5 :Karakteristik D dan E ................................................................. 43

Tabel 3.6 :Penentuan karakteristik safety factor ........................................... 43

Tabel 3.7 :Properties material meja akrilik .................................................. 47

Tabel 3.8 : Karakteristik mesh meja akrilik .................................................. 48

Tabel 3.9 : Free body force meja ................................................................. 48

Tabel 3.10 : Free body moment meja ............................................................ 48

Tabel 3.11 : Hasil simulasi meja .................................................................... 49

Tabel 3.12 : Properties material poros ballscrew ........................................... 51

Tabel 3.13 : Karakteristik mesh poros ballscrew ............................................ 52

Tabel 3.14 : Free body force poros ballscrew ................................................ 52

Tabel 3.15 : Free body moment poros ballscrew ........................................... 52

Tabel 3.16 : Hasil simulasi ballscrew ............................................................ 52

Tabel 3.17 : Properties material poros vertikal ............................................... 55

Tabel 3.18 : Karakteristik mesh poros vertikal .............................................. 56

Tabel 3.19 : Free body force poros vertikal ................................................... 56

Tabel 3.20 : Free body moment poros vertikal ............................................... 57

Tabel 3.21 : Hasil simulasi poros vertikal ...................................................... 57

xviii

Tabel 4.1 : Karakteristik aluminium alloy .................................................... 62

Tabel 4.2 : Karakteristik Polymethylmethacrylate (acrylic) ......................... 63

Tabel 4.3 : Karakteristik material teflon ...................................................... 64

Tabel 4.4 : Karakteristik material kuningan ................................................. 65

Tabel 4.5 : Karakteristik alloy steel ............................................................. 66

Tabel 4.6 : Total waktu pemesinan .............................................................. 102

Tabel 5.1 : Kesejajaran sumbu z .................................................................. 114

Tabel 5.2 : Hasil pengukuran batang 1 dan 2 ............................................... 117

Tabel 5.3 : Hasil pengukuran batang 3 dan 4 ............................................... 117

Tabel 5.4 : Hasil pengukuran batang bawah dan atas ................................... 118

Tabel 6.1 : Temperatur komponen ............................................................... 121

Tabel 6.2 : Koefisien muai volume .............................................................. 122

Tabel 6.3 : Besarnya muai volume............................................................... 123

fuse deposition modeling

Documents